CZ306538B6 - Elektrostimulační zařízení - Google Patents

Abstract

Předmětem vynálezu je zařízení pro elektrickou stimulaci tkání sestávající z elektrody, magnetu a pólového nástavce, které umožňuje zasahovat hlouběji položené oblasti bez nutnosti provést invazivní zákrok. Toho je dosaženo využitím vlastností magnetického pole speciálního tvaru.

Description

Elektrostimulační zařízení

Oblast techniky

Vynález se týká elektrostimulačního zařízení, které umožňuje průnik elektrického proudu a magnetického pole do tkáně tak, že současně nedochází k jejímu mechanickému poškození. Toto je dnes využíváno zvláště v humánní medicíně ke stimulaci nervových vláken.

Dosavadní stav techniky

Využití interakce elektromagnetického pole s nervovými vlákny jako je popsáno například v dokumentech US 7 857 746 a US 2013/0 304 159 je současným stavem techniky. Odborník si je vědom, že elektrická neurostimulace je využívána k léčení bolesti, inkontinence, psychických a jiných obtíží, také k prevenci cévních nemocí US 5358513. Její použití je dnes omezeno tím, že vpichování jehlových elektrod do bezprostřední blízkosti nervuje vždy spojeno s rizikem jeho poškození, a že pro neinvazivní stimulaci hlouběji položených nervových vláken a pro neinvazivní stimulaci osob s mohutnější vrstvou tuku je třeba zajistit schopnost elektrického pole proniknout do hloubky a zároveň s dostatečnou přesností zacílit nervové vlákno.

Jako řešení by se mohlo nabízet zvýšení proudové hustoty až na horní hranici prahově motorické oblasti. Přílišné zvýšení proudové hustoty ale navodí dráždění nociceptivních receptorů pokožky a silná elektrolýza mezibuněčné tekutiny změní pH tkáně v blízkosti negativní aktivní elektrody. Velkým omezením jsou tedy nežádoucí účinky elektrického proudu na organismus, jako je bolestivost v místě doteku elektrody, bolestivé stažení svalů a případně až rozklad tkáně elektrolýzou.

Nejen aplikování elektrického pole, ale i tlaku lze využívat při stimulaci nervových vláken a léčbě. Patent US 8 187 212 popisuje využití mechanického tlaku na fibulámí nerv, za účelem snížení bolesti zad a jiných bolestí. Mechanické působení na rozdíl od elektrické stimulace bohužel nelze použít u většiny aplikací a je také pro pacienta velmi nepříjemné.

Jsou známy jak elektrody určené pro přikládání na konkrétní část těla (hlava, lýtko a podobně), vkládání do tělesných otvorů, tak i pro implantaci do tkání s bezdrátovým napájením přes kůži. Hlavním problémem elektrostimulace je dosáhnout dostatečně silných elektrických polí protínajících vhodné nervové dráhy.

Je zde tedy potřeba pronikat elektrickým polem hlouběji do tkáně, přesně zasáhnout nervové vlákno a způsobit potřebnou stimulaci s minimem vedlejších účinků. To řeší níže uvedený vynález.

Podstata vynálezu

Vynález se týká elektrostimulačního zařízení, zahrnujícího alespoň jeden magnet pro vytvoření magnetického pole, první pól elektrody obklopený magnetickým polem, fixační element, zdroj, vodiče a druhý pól elektrody, přičemž první pól elektrody a druhý pól elektrody jsou elektricky odděleny a jsou uzpůsobeny na své jedné straně pro elektrické spojení s kůží a jsou připojeny vodiči ke zdroji spočívající v tom, že je magnet opatřen pólovým nástavcem pro soustřeďování toku nabitých částic tkáněmi do tenkého kanálu. Takovéto řešení s pólovým nástavcem má v požadovaném místě tkáně mnohonásobně větší hustotu magnetického pole a tím zajistí dostatečnou stimulaci u všech pacientů, a to například i u velmi obézních pacientů, u nichž je třeba překonat větší vrstvu podkožního tuku.

Ve výhodném provedení je první pól elektrody umístěn uvnitř magnetu s otvorem neboje obklopen několika magnety. Takovéto řešení zajišťuje, že magnetické poleje osově symetrické.

V dalším výhodném provedení je alespoň jeden magnet proveden jako elektromagnet. Takovéto řešení umožňuje měnit intenzitu magnetického pole a v případě více elektromagnetů umožňuje měnit i směr toku elektrického proudu tkání.

S výhodou lze použít alespoň dva elektromagnety pro směrování magnetického pole a nabitých částic pomocí rozdíleného buzení těchto elektromagnetů.

S výhodou lze použít permanentní magnet, což snižuje nároky na napájení.

Ve výhodném provedení jsou první pól elektrody a druhý pól elektrody od sebe vzdáleny maximálně 15 cm.

Výhodou je, pokud první pól elektrody a druhý pól elektrody jsou k sobě pevně připojeny a tvoří tak jednu bipolární elektrodu. Takovéto řešení usnadňuje opětovnou stimulaci téhož místa a zajišťuje stabilní vlastnosti magnetického pole. Bipolární elektroda tedy obsahuje kladný i záporný pól elektrody v jednom zařízení a odpadá tak potřeba nalepování další elektrody na kůži.

Ve výhodném provedení jsou první pól elektrody a druhý pól elektrody přes vodiče připojeny ke zdroji uzpůsobenému pro nastavení proudů o hodnotách 0 až 50 mA.

V dalším provedení je zdroj elektrického proudu uzpůsobený pro nastavení frekvence 1 až 15 Hz. Takové řešení je nej výhodnější například pro léčbu inkontinence.

V jiném výhodném provedení je zdroj elektrického proudu uzpůsobený pro nastavení frekvence 50 až 150 Hz. Takové řešení je nej výhodnější například pro léčbu bolesti.

Ve výhodném provedení je zdroj uzpůsobený pro dodávku střídavého proudu s možností měnit tvar časového průběhu. Takovéto řešení umožňuje vybrat pro různé aplikace a různé subjekty nejefektivnější tvary časového průběhu.

Objasnění výkresu

Obr. 1 Schematické znázornění řezu elektrostimulačního zařízení

Obr. 2 Pohled na část elektrostimulačního zařízení přiléhající ke kůži

Příklady uskutečnění vynálezu

Příkladem geometrického uspořádání aktivních částí je elektrostimulační zařízení na obr. 1 a obr. 2, které obsahuje magnet 3, pólový nástavec 4, první pól elektrody 1 a druhý pól elektrody 8. Magnet 3 slouží ke zvětšení hloubkového dosahu při nízkých stimulačních proudech. Je totiž spolu s pólovým nástavcem 4 schopen linearizovat a koncentrovat parabolické silokřivky elektrického pole v axiálním směru kolem osy prvního pólu elektrody 1. Vytváří se tím v podstatě tunelový efekt pro směr pohybu a koncentraci iontů, jako nosičů elektrických nábojů v mezibuněčných prostorech. Magnet 3 je v tomto příkladu provedení permanentní ve tvaru dutého válce, jehož středem prochází první pól elektrody 1, který je například z nerezavějící oceli. První pól elektrody 1 je výhodně v oblasti styku s kůží oblý a pokryt vrstvou z vhodného materiálu jako je stříbro. Vnější plášť a strana permanentního magnetu 3 vzdálená kůži jsou obklopeny pólovým nástavcem 4 z magneticky měkkého materiálu. První pól elektrody 1 je ze strany vzdálené kůži opatřen závitem pro nasazení matice 6 a ukončen adaptérem 7 pro připojení vodiče. Druhý pól elektrody

-2CZ 306538 B6 ve tvaru mezikruží je připevněn k fixačnímu elementu 5, přičemž je oddělen od prvního pólu elektrody 1 mezerou, případně jiným izolantem. Jedná se tedy o elektrodu bipolámí, postavení prvního pólu elektrody 1 a druhého pólu elektrody 8 je fixováno. Magnet 3 je oddělen od prvního pólu elektrody 1 izolantem a případně také vzduchovou mezerou. Magnet 3 je orientován severním pólem ke tkáni. První pól elektrody 1, magnet 3, pólový nástavec 4 a druhý pól elektrody 8 jsou vyrobeny z materiálů určených k medicínskému užití a jsou od sebe navzájem elektricky izolované, kromě místa doteku pólu magnetu a pólového nástavce. Izolace je taktéž z materiálu vhodného pro použití v medicíně, který je voděodolný a odolný vůči časté sterilizaci.

Magnet 3 lze výhodně realizovat jako elektromagnet. U něj lze s použitím vhodného zdroje, jak je zřejmé odborníkovi znalému této oblasti techniky, pomocí laditelného buzení nastavit tvar místa s největší koncentrací nosičů náboje, tedy jakéhosi kanálu. Pokud použijeme několik elektromagnetů, můžeme navíc jejich rozdílným buzením ovlivňovat směr toku elektrického proudu ve tkáni. To lze například využít pro nalezení žádoucího nervu, a to i v případě nepřesného umístění elektrostimulačního zařízení na kůži.

Mezi první pól elektrody 1 a druhý pól elektrody 8 je připojen zdroj 9 střídavého proudu. Frekvenci lze nastavovat od 1 do 15 Hz a impulzy mohou být monofázické nebo bifázické a například pravoúhlé, sinusové nebo trojúhelníkové s exponenciálními náběhy či doběhy a s šířkami od 0,1 do 5 ms s amplitudou od 0 až do 50 mA. Jako nejvýhodnější a velmi účinné se jeví frekvence od 4 do 6 Hz.

Součástí je dále postroj na fixaci zařízení na konkrétním místě a přívod elektrického proudu. Správné umístění elektrostimulační elektrody je stěžejní pro efektivitu celé metody a eliminaci rizika snížení účinnosti metody vlivem nesprávné manipulace s elektrodou. Fixační element 5 slouží k zajištění opakovaného připevnění elektrody na stejné elektrostimulační místo. K fixaci polohy elektrody slouží speciální postroj, který díky své konstrukci dokáže využít tvaru lidského těla jako fixačního bodu a vytvořit tak tvar, který se trvale přizpůsobí pacientovi a zajistí stejné podmínky každé stimulace.

Claims (11)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Elektrostimulační zařízení zahrnující alespoň jeden magnet (3) pro vytvoření magnetického pole, první pól elektrody (1) obklopený magnetickým pólem, fixační element (5), zdroj (9), vodiče (2) a druhý pól elektrody (8), přičemž první pól elektrody (1) a druhý pól elektrody (8) jsou elektricky odděleny a jsou uzpůsobeny na své jedné straně pro elektrické spojení s kůží a jsou připojeny vodiči (2) ke zdroji (9), vyznačující se tím, že je magnet (3) opatřen pólovým nástavcem (4).
2. 2. Elektrostimulační zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že první pól elektrody (1) je umístěn uvnitř magnetu (3) s otvorem neboje obklopen několika magnety (3).
3. 3. Elektrostimulační zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že alespoň jeden magnet (3) je proveden jako elektromagnet.
4. 4. Elektrostimulační zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že zahrnuje alespoň dva elektromagnety pro směrování magnetického pole a nabitých částic pomocí rozdíleného buzení těchto elektromagnetů.
5. 5. Elektrostimulační zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že alespoň jeden magnet (3) je proveden jako permanentní magnet.

   -3 CZ 306538 B6
6. 6. Elektrostimulační zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že první pól elektrody (1) a druhý pól elektrody (8) jsou od sebe vzdáleny maximálně 15 cm.
7. 7. Elektrostimulační zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že první pól elektrody (1) a druhý pól elektrody (8) jsou k sobě pevně připojeny a tvoří tak jednu bipolámí elektrodu.
8. 8. Elektrostimulační zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tí m , že první pól elektrody (1) a druhý pól elektrody (8) jsou přes vodiče (2) připojeny ke zdroji (9) uzpůsobenému pro nastavení proudů o hodnotách 0 až 50 mA.
9. 9. Elektrostimulační zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že zdroj (9) je uzpůsobený pro nastavení frekvence 1 až 10 Hz.
10. 10. Elektrostimulační zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že zdroj (9) elektrického proudu je uzpůsobený pro nastavení frekvence 50 až 150 Hz.
11. 11. Elektrostimulační zařízení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že zdroj (9) je uzpůsobený pro dodávku střídavého proudu s možností měnit tvar časového průběhu.